Этой статьей мы начинаем серию публикаций, посвященных электронным системам управления двигателем, в которых постараемся раскрыть особенности систем, начиная с истории возникновения, заканчивая новыми перспективными разработками и диагностическими приборами.
Еще совсем недавно упоминание о "впрыске" или "инжекторе" не вызывало сколько-нибудь бурного оптимизма у отечественного автовладельца, а наоборот порождало непонимание, недоверие или даже страх. Страх перед неизвестным, непонятным, так как на смену проверенному временем карбюратору и трамблеру пришли "электронные мозги" с многочисленными датчиками и исполнительными механизмами, а квалификации и знаний специалистов по регулировке и ремонту карбюраторных двигателей стало недостаточно для решения "впрысковых" проблем. Положение усугублялось отсутствием какой-либо популярной литературы по "впрыску", а также доступного диагностического оборудования.
Сегодня ситуация понемногу изменяется. Все большее количество автовладельцев проникается достоинствами впрысковых систем перед карбюраторными (топливная экономичность, лучшие ездовые качества автомобиля и т.д.), информация по обслуживанию и ремонту появляется в книжных магазинах и в Интернете, в разрабатываются недорогие диагностические системы, и накапливается определенный опыт ремонта отечественных впрысковых автомобилей.
Что такое "впрыск"?
"Впрыск" (от английского injection) сегодня - это комплексная система управления, обеспечивающая оптимальные режимы работы двигателя с целью снижения токсичности отработавших газов, повышения мощностных и экономических показателей двигателя.
В системе управления двигателем можно выделить следующие составные части:
* контроллер (от английского control - управление) - это мозг системы, оценивающий информацию от датчиков о текущем режиме работы двигателя, выполняющий достаточно сложные вычисления и управляющий исполнительными механизмами;
* датчики - глаза системы, информирующие контроллер о том, что происходит с двигателем и автомобилем в целом в данный момент;
* исполнительные механизмы - руки системы, выполняющие команды контроллера.
Для того, чтобы двигатель нормально работал, необходимо:
* определить оптимальное количество топлива и момент времени, когда его необходимо подать в цилиндр;
* определить оптимальный момент времени, когда необходимо подать в цилиндр искру;
* доставить в цилиндр топливно-воздушную смесь в нужной пропорции и обеспечить искру.
Первые две задачи решает тандем "датчики-контроллер" , третью - "контроллер-исполнительные механизмы".
Для чего такие сложности?
Первые механические системы, использовавшие принцип подачи топлива в цилиндр с помощью плунжерного насоса, появились на самой заре автомобилестроения. Но они не могли конкурировать с более дешевыми карбюраторами, и поэтому надолго были вытеснены с рынка серийных автомобилей.
Эпоха карбюраторных двигателей могла бы продолжаться очень долго, если бы не ужесточение требований к экологичности. За одно столетие автомобильный парк в мире вырос настолько, что в развитых странах проблема снижения выбросов отработавших газов в окружающую среду стала общенациональной, а для ее решения потребовалось вмешательство государства. Автопроизводителей обязали выпускать автомобили, удовлетворяющие нормам по содержанию вредных веществ в отработавших газах. Чтобы обеспечить безболезненный переход автозаводов на выпуск более экологичных автомобилей, ужесточение норм проводилось поэтапно. Нефтяные кризисы заставили задуматься о топливной экономичности. Таким образом, автопроизводители были вынуждены совершенствовать системы управления двигателем и сами двигатели, используя новейшие достижения науки и техники для того, чтобы сохранить право продавать свои автомобили.
Эволюцию развития систем управления двигателем можно рассмотреть на примере Европы.
До 1993 года в Европе действовали стандарты токсичности, в которые свободно укладывались карбюраторные двигатели, а также двигатели с механическим впрыском без нейтрализатора отработавших газов. В 1993 году в Европе были приняты более жесткие требования по токсичности , названные Евро-I (цифра I символизирует первый шаг на пути к экологически чистым двигателям). Наряду с резким ограничением содержания вредных веществ в выхлопных газах (таких как окислы азота NOx, углеводороды CH и оксид углерода СО), появилось ограничение по испарениям топлива из систем автомобиля. При этом автомобиль должен был укладываться в требования стандарта в течение первых 80000 км пробега.
Из всех вариантов решения проблемы снижения выбросов вредных веществ самым эффективным оказалось использование каталитического нейтрализатора, в котором в результате химической реакции с кислородом в присутствии катализатора углеводороды CH, оксид углерода СО и окислы азота NOx превращаются в воду Н20, двуокись углерода СО2 и азот N2. Особенность нейтрализатора заключается в том, что для эффективной борьбы со всеми тремя вредными компонентами топливо должно подаваться в цилиндр в строгой пропорции с воздухом (так называемый стехиометрический состав смеси).
Механический карбюратор оказался не в состоянии обеспечивать точную дозировку топлива, и ему на смену пришел электронный карбюратор. На смену механическому впрыску пришел электронный впрыск: центральный (одноточечный) и распределенный (многоточечный). Неотъемлемой частью систем с нейтрализатором стал датчик кислорода (лямбда-зонд). Для борьбы с испарениями топлива на автомобиль установили систему улавливания паров бензина.
В 1996 году в Европе вступил в силу новый стандарт по токсичности - Евро-II, более жесткий по сравнению с предыдущими. Единственной системой, которая позволяла выполнять эти требования с большим запасом, была система с распределенным впрыском топлива. Эра карбюраторов завершилась.
Следующий шаг - Евро-III - был сделан в 2000 году. Ужесточение норм токсичности в этом стандарте дополняется требованиями постоянного контроля работоспособности основных компонентов системы, неисправность которых приводит к увеличению вредных выбросов. Контроллеру была поставлена дополнительная задача - проверять правильность работы системы и информировать водителя о неисправностях.
Ближайшая перспектива - 2005 год, когда все автопроизводители Европы должны начать выпуск автомобилей, удовлетворяющих нормам Евро IV.
Для выполнения требований по экологичности и улучшению потребительских качеств автомобиля:
* совершенствуются алгоритмы управления двигателем;
* нейтрализатор переносится ближе к двигателю или снабжается специальным подогревателем;
* используется система рециркуляции отработавших газов;
* добавляется система подачи вторичного воздуха;
* увеличивается число клапанов на цилиндр;
* впускные трубы становится изменяемой длины;
* фазы газораспределения меняются в зависимости от режима работы двигателя;
* впрыск топлива осуществляется непосредственно в цилиндр;
* намечается тенденция к переходу на комбинированные силовые установки;
* ведущие автогиганты проводят активные работы в области альтернативных источников энергии и т.д.
Россия тоже встала на путь борьбы за чистоту отработавших газов, выбрасываемых автомобилями в атмосферу. Формально в нашей стране уже сегодня действуют нормы токсичности, соответствующие уровню Евро-II. А, фактически, переломным станет 2004 год, когда производство карбюраторных автомобилей на территории России (как не удовлетворяющих требованиям законодательства) будет запрещено.
Как ко всему этому относиться?
Прогресс не остановить, и мы будем ездить на более экологичных автомобилях. Да, автомобили становятся сложнее, но не стоит забывать, что компьютеры и сотовые телефоны еще вчера шокировали простых обывателей своей сложностью. А сегодня ими пользуются и не задумываются о том, что там внутри. Так и "впрыск" - его надо рассматривать, как продукт, созданный для упрощения пользования автомобилем, а не как "головную боль" для хозяина автомобиля. Сложная система, на самом деле, дает потребителю массу удобств в эксплуатации. Простой пример - прогрев двигателя. Если в системе с карбюраторным питанием водитель был вынужден пользоваться воздушной заслонкой для регулировки оборотов холостого хода двигателя , то сейчас для этого ничего не надо - система имеет специальную функцию поддержания этих оборотов в зависимости от температуры двигателя.
Предлагаемый далее материал предназначен для читателей, начинающих свое знакомство с "впрыском". В нем в доступной форме будут изложены основные принципы работы новых систем, пояснены назначение и конструкция датчиков и исполнительных механизмов, а также будут затронуты некоторые вопросы диагностики новых систем. Пополнив багаж собственных знаний Вы будете увереннее чувствовать себя за рулем собственного авто с современной системой управления двигателем.
Продолжение следует
"Семь Верст", № 45, 2003г.
